本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種等離子弧光氮化涂層復(fù)合設(shè)備及氮化涂層連續(xù)工藝，所要解決的問題是：輝光離子氮化的工件表面有輕微氧化且氮化時間長，會影響超硬膜的結(jié)合力和涂層質(zhì)量，加工時間延長。本發(fā)明專利技術(shù)的要點是：等離子弧光氮化裝置的陰極筒設(shè)置在真空室的上面，且與真空室連通，聚焦線圈設(shè)置在陰極筒的外面，氣體混合室的出口和熱絲伸入陰極筒里，等離子弧光電源上的轉(zhuǎn)換開關(guān)的陽極和陰極分別接在真空室壁和陰極筒上，轉(zhuǎn)換開關(guān)的另一陰極接在涂層裝置的陰極弧光靶上。本發(fā)明專利技術(shù)的效果是：氮化涂層連續(xù)進行，降低成本。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及金屬材料表面處理及超硬膜涂層技術(shù)，具體說是一種等離子弧光氮化 涂層復(fù)合設(shè)備，及在該設(shè)備里對工件連續(xù)進行離子氮化和涂層的工藝。
技術(shù)介紹
目前離子氮化普遍采用輝光離子氮化工藝。該工藝的主要內(nèi)容是在100-700Pa的 含氮氣氛中，以爐體為陽極、被處理工件為陰極，在陰陽極間加上數(shù)百伏的直流電壓，由于 輝光放電現(xiàn)象便會產(chǎn)生象霓紅燈一樣的柔光覆蓋在被處理工件的表面。此時，已離子化了 的氣體成分被電場加速，撞擊被處理工件表面而使其加熱。同時依靠濺射及離子化作用等 進行氮化處理。在輝光離子氮化工藝中，氮氣的離化率比較低，氮離子的能量小，工件的氮化時間 長，要10-24小時時間，氮化溫度高，要400°C _500°C，真空度低，為100_500Pa，氣氛中含氧量高，工件表面有輕微氧化變色等問題。目前，在工業(yè)生產(chǎn)中，有很多工件需要進行氮化處理后再進行TiN，TiCN, AlTiN等 超硬膜的涂層。由于輝光離子氮化的工件表面有輕微氧化且氮化時間長，這兩個因素決定 了在真空離子鍍超硬模的工藝中采用輝光離子氮化工藝，會影響超硬膜的結(jié)合力和涂層質(zhì) 量，其次，離子氮化和涂層工藝在兩個設(shè)備進行，使加工時間大大延長，提高了生產(chǎn)成本。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種等離子弧光氮化涂層復(fù)合設(shè)備 及氮化涂層連續(xù)工藝。本專利技術(shù)的目的是這樣實現(xiàn)的等離子弧光氮化涂層復(fù)合設(shè)備是，它包括涂層裝置 (也稱鍍模裝置)，涂層裝置包括真空室和陰極弧光靶，其特征是在真空室的上面設(shè)有等 離子弧光氮化裝置，具體是等離子弧光氮化裝置的陰極筒設(shè)置在真空室的上面，且與真空 室連通，聚焦磁場線圈設(shè)置在陰極筒的外面，氣體混合室的出口和熱絲伸入陰極筒里，陰極 筒有密封上蓋，等離子弧光電源上的轉(zhuǎn)換開關(guān)的陽極和陰極分別接在真空室壁和陰極筒 上，轉(zhuǎn)換開關(guān)的另一陰極接在涂層裝置的陰極弧光靶上。等離子弧光氮化和涂層的工藝是，涂層裝置將工件加熱到200-400°C后，氣體混合 室向真空室內(nèi)通入氮氣，使真空室內(nèi)的壓力達到0. 15Pa，當(dāng)真空室壓力穩(wěn)定后，熱絲通電， 產(chǎn)生熱電子發(fā)射，撞擊陰極筒內(nèi)的氮氣分子，使氮氣分子產(chǎn)生電離，在陰極筒內(nèi)形成氮離子 N+。此時開啟等離子弧光電源，在真空室的室壁上和陰極筒之間加一個SO-IOOv的直流電 壓，電壓加載后，由于空間存在著大量的N+，從而在陰極筒和真空室之間產(chǎn)生弧光放電，弧 光放電后，真空室的室壁上和陰極筒之間的直流電壓由80-100V降至20-50V，在真空室的 室壁上和陰極筒之間形成一個等離子區(qū)，聚焦磁場線圈通電后在陰極筒內(nèi)形成一個磁場， 對等離子弧光聚焦。在聚焦磁場和等離子弧光電壓的共同作用下，獲得高能量的N+加速進 入真空室。同時，開啟涂層裝置的偏壓電源，偏壓電源在工件轉(zhuǎn)臺(含工件)和真空室壁之間加載一個400-700V的直流電壓，在偏壓電場的作用下，真空室的N+以很高的動能入射到 工件的表面，一部分動能較大的N+會入射到工件材料的內(nèi)部，與材料內(nèi)部的金屬原子產(chǎn)生 化合，形成硬度較高氮化物。氮化結(jié)束后轉(zhuǎn)入涂層處理。弧光電源切換器將等離子弧光電源4的輸出切換到陰 極弧光靶6上，對工件表面進行TiN，TiCN, AlTiN等超硬膜的涂層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是等離子弧光氮化和涂層在一個真空室里 連續(xù)，大大提高了工件表面處理的效率，且采用等離子弧光氮化，N+會入射到工件材料的內(nèi) 部，與材料內(nèi)部的金屬原子產(chǎn)生化合，取得更好的表面質(zhì)量和更低的氮化溫度，大大降低了 表面處理的成本。附圖說明下面結(jié)合附圖進一步說明本專利技術(shù)。附圖是等離子弧光氮化涂層復(fù)合設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施例方式等離子弧光氮化涂層復(fù)合設(shè)備是涂層裝置的上面設(shè)有等離子弧光氮化裝置，涂層 裝置包括陰極弧光靶6、磁控濺射靶7、被處理工件8、工件轉(zhuǎn)臺9、真空室10、偏壓電源11、 高真空抽氣系統(tǒng)12、加熱器13、熱電偶14和真空度測量裝置15。等離子弧光氮化裝置是，陰極筒18設(shè)置在真空室的上面、且與真空室連通，聚焦 磁場線圈17設(shè)置在陰極筒的外面，16是聚焦磁場線圈電源，氣體混合室1的出口和熱絲2 通過陰極筒密封上蓋伸入陰極筒里，氣體混合室有兩個入口，一個是氬氣入口，一個是氮氣 入口，3是熱絲電源，等離子弧光電源4上的轉(zhuǎn)換開關(guān)5的陽極和陰極分別接在真空室壁和 陰極筒上，轉(zhuǎn)換開關(guān)的另一陰極接在涂層裝置的陰極弧光靶上。利用高真空系統(tǒng)12和真空測量系統(tǒng)15，對真空室10抽真空至Ix 10_2Pa-5XKT3Pa。 在抽真空的同時啟動加熱器13，熱電偶14，對工件8進行加熱和測溫，將工件溫度加熱到 200-400°C，此時通過氣體混合室1，向真空室內(nèi)通入N2，使真空室內(nèi)的壓力達到0. 15Pa，當(dāng) 真空室壓力穩(wěn)定后，開啟熱絲電源3，由鎢、鉬、鉭材料構(gòu)成的熱絲2在通電后產(chǎn)生熱電子發(fā) 射，發(fā)射的熱電子進入到陰極筒內(nèi)，撞擊空心陰極筒18內(nèi)的N2氣體分子，使N2氣體分子產(chǎn) 生電離，在陰極筒內(nèi)形成N+。此時開啟等離子弧光電源4，等離子弧光源4在在真空室10的 室壁上和陰極筒18之間加一個SO-IOOv的直流電壓，電壓加載后，由于空間存在著大量的 N+離子，滿足氣體弧光放電的條件，從而在陰極筒和真空室之間產(chǎn)生弧光放電，形成弧光放 電后，真空室10的室壁上和陰極筒18之間的直流電壓由80-100V降至20-50V，在真空室 10的室壁上和陰極筒18之間形成一個等離子區(qū)，通過聚焦線圈電源16給聚焦線圈17施加 一個直流電流，聚焦線圈17在陰極筒18內(nèi)形成一個磁場，該磁場對等離子弧光起一個聚焦 作用。在聚焦磁場和等離子弧光電壓的作用下，獲得高能量的N+加速進入真空室10的空間 內(nèi)。同時，開啟偏壓電源11，偏壓電源在轉(zhuǎn)臺9和真空室10的室壁之間加載一個400-700V 的直流電壓，轉(zhuǎn)臺電位為負(fù)，在轉(zhuǎn)臺上放置金屬材料材質(zhì)的工件8如鉆頭，軸桿，工件8的電 位同轉(zhuǎn)臺9相等。在偏壓電場的作用下，真空室空間中的N+離子向工件8和轉(zhuǎn)臺9加速飛 行，并以很高的動能入射到工件8的表面，一部分動能較大的N+會入射到工件材料的內(nèi)部，與材料內(nèi)部的金屬原子產(chǎn)生化合，形成硬度較高氮化物。根據(jù)氮化要求的厚度確定氮化時間，其氮化速度比一般輝光離子氮化快2-4倍。 氮化結(jié)束后，關(guān)閉熱絲電源3，關(guān)閉等離子電源4，關(guān)閉聚焦線圈電源16。氮化結(jié)束后，工件的表面已到達硬化效果，然后將工件轉(zhuǎn)入涂層處理。根據(jù)工件的 涂層需要可分別啟動陰極弧光靶6或磁控濺射靶7對工件8表面進行TiN，TiCN, AlTiN等 超硬膜的涂層。在進行超硬膜涂層時，根據(jù)陰極弧光靶6或磁控濺射靶7的工藝要求調(diào)整 真空室10內(nèi)的氣體成分及壓力，調(diào)整加熱器13的功率，以滿足超硬膜的涂層要求，其中，在 使用磁控濺射靶7對工件8進行涂層時，要通過氣體混合室1通入Ar氣。在只通入Ar氣時，也可以作為加熱源對工件進行加熱或是對工件表面進行離子 清洗。表面清洗和加熱過程如下把導(dǎo)電材料工件8放入真空室10中的轉(zhuǎn)臺9上面，通過 高真空抽氣系統(tǒng)對真空室10抽真空，當(dāng)真空度到達lxlO-2Pa或5xlO-3Pa時，通過氣體混 合室1向真空室室內(nèi)通入Ar氣，控制通入的Ar氣流量和真空室真空度為0. lPa_5Pa，啟動 等離子弧光電源4，熱絲電源3，此時在陰本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
１．一種等離子弧光氮化涂層復(fù)合設(shè)備，它包括涂層裝置，涂層裝置包括真空室和陰極弧光靶，其特征是：在真空室的上面設(shè)有等離子弧光氮化裝置，具體是等離子弧光氮化裝置的陰極筒設(shè)置在真空室的上面，且與真空室連通，聚焦磁場線圈設(shè)置在陰極筒的外面，氣體混合室的出口和熱絲伸入陰極筒里，陰極筒有密封上蓋，等離子弧光電源上的轉(zhuǎn)換開關(guān)的陽極和陰極分別接在真空室壁和陰極筒上，轉(zhuǎn)換開關(guān)的另一陰極接在涂層裝置的陰極弧光靶上。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：于寶海，于傳躍，盛重春，陳子宇，
申請(專利權(quán))人：沈陽華俄科技發(fā)展有限公司，沈陽金鋒特種刀具有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：89[中國|沈陽]
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